Глава II. Оптика в таблицах и схемах

§2. Элементы волновой оптики

Для любознательных

На рисунке 18 показано, как происходит интерференция волн, имеющих равные амплитуды.

Рис.18

Если разность хода равна нечетному числу полуволн (а), то амплитуды А₁, А₂ имеют разные знаки, результирующая амплитуда А = 0 и происходит гашение волн. Если разность хода равна четному числу полуволн (б), то амплитуды А₁, А₂ имеют одинаковые знаки, А = А₁ + А₂ и происходит усиление света. Известно, что излучение светящегося тела складывается из волн, испускаемых отдельными атомами. Продолжительность излучения отдельного атома составляет 10^-8 с. За это время в вакууме образуется цуг волн(последовательность горбов—впадин) протяженностью около 3 м, т. е.

 = ct=310 ⁸м/с10^-8с = 3м

Поскольку тело одновременно излучает большое количество атомов, возбуждаемые ими цуги волн, накладываясь друг на друга, претерпевают случайные скачкообразные изменения, т. е. они не являются когерентными и устойчивой картины интерференции не наблюдается.

Для получения когерентных световых пучков применяют различные. искусственные приемы. Физическая сущность всех приборов (зеркала Френеля, бипризмы Френеля, щели Юнга и т. д.) для наблюдения интерференции света одна и та же: свет от одного источника идет к экрану двумя различными путями.

Схема наблюдения интерференции света с помощью бипризмы Френеля изображена на рисунке 19. Бипризма Френе­ля состоит из двух одинаковых, сложен­ных основаниями призм с малыми пре­ломляющими углами. Свет от источника S преломляется в обеих приз­мах, в результате чего за бипризмой распространяются световые лучи, как бы исходящие из мнимых источников S₁ и S₂, являющихся когерентными. Таким образом, на поверхности экрана (в за­штрихованной области) происходит нало­жение когерентных пучков и наблюдается интерференция.

Рис. 19

Глава III. Квантовая физика

§1. Зарождение квантовой теории

Величайшая революция в физике совпала с началом XX века. Попытки объяснить наблюдаемые на опытах закономерности распределения энергии в спектрах теплового излучения (электро­магнитного излучения нагретого тела) оказались несостоятельны­ми. Многократно проверенные законы электромагнетизма Макс­велла неожиданно «забастовали», когда их попытались применить к проблеме излучения веществом коротких электромагнитных волн. И это тем более удивительно, что эти законы превосходно описывают излучение радиоволн антенной и что в свое время само существование электромагнитных волн было предсказано на основе этих законов.

Электродинамика Максвелла приводила к бессмысленному выводу, согласно которому нагретое тело, непрерывно теряя энергию вследствие излучения электромагнитных волн, должно охладиться до абсолютного нуля. Согласно классической теории тепловое равновесие между веществом и излучением невозможно. Однако повседневный опыт показывает, что ничего подобного в действительности нет. Нагретое тело не расходует всю свою энергию на излучение электромагнитных волн.

В поисках выхода из этого противоречия между теорией и опытом немецкий физик Макс Планк предположил, что атомы испускают электромагнитную энергию отдельными порциями — квантами. Энергия Е каждой порции прямо пропорциональна частоте  излучения:

Е = h

Коэффициент пропорциональности h получил название постоян­ной Планка.

Предположение Планка фактически означало, что законы классической физики неприменимы к явлениям микромира.

Построенная Планком теория теплового излучения превосход­но согласовалась с экспериментом. По известному из опыта Распределению энергии по частотам было определено значение постоянной Планка. Оно оказалось очень малым:

h = 6,6310 ^-34 Джс.

В следующем параграфе мы рассмотрим другое физическое

Итак, Планк указал выход из трудностей, с которыми столкну­лась теория. Но этот успех был получен за счет отказа от законов классической физики применительно к микроскопическим систе­мам и излучению.